JPH0315828A - 液晶光変調素子及び液晶光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強誘電性液晶組成物を用いた光変調素子及び
液晶光変調装置に係り，特に光学的性質を電気的に制御
する表示素子などに好適な液晶光変調素子及び光変調装
置に関する． 〔従来の技術〕 従来、量産性が優れているセル厚（２枚の基板間にはさ
まれる液晶層の厚さ、以下同じ）の厚いセルでメモリー
性をもつ強誘電性液晶表示素子としてネマチツクＮ拳和
からスメクチツクＳＣ＄相へ直接転移し、傾き角の大き
な液晶材料を用いて，色素を混入するゲストーホストモ
ードによりコントラストを付与した素子が提案されてい
る（特開昭６２−２７７２１号）． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は，表示品質の点，特にコントラスト比を
上げることが困難であるという問題があった，上記従来
技術では液晶材料の傾き角が大きなことから，コントラ
ストを付与する手段として，色素をゲストとして混入す
るゲストーホストモードを用いている．このゲストーホ
ストモードにおいてコントラスト比を上げる方法として
は、混入する色素濃度を上げる方法や，セル厚を厚くす
る方法などが知られている．しかし、前者の方法では液
晶性が低下するなどの問題から色素濃度をあまり高くで
きず、また後者では駆動電圧の上昇や応答性の低下を招
くという問題がある．こうした理由から上記のゲストー
ホストモードでは，例えば１０を超えるような高コント
ラスト比を得ることは困難であった． 液晶素子に高いコントラストを付与する方法として，上
記のゲストーホストモードの他に、２枚の偏光板を用い
る複屈折モードが知られている。

この方法は小さな傾き角（［理的には２２．５’が最適
値）の液晶材料を用いることにより、容易にゲストーホ
ストモードより高い、例えば１０以上のコントラスト比
を得ることができる。

しかし、従来複屈折モードでは、白黒性の高い表示を行
うためにはセル厚を１〜２μｍ程度と薄くしなければな
らず、小さな塵埃が入っても、容易に上下ｆｆｔｔ！が
短絡するなどの問題があり製造が困難であった．また，
このように薄いセルにおいては僅かなギツヤツプムラに
よっても濃度ムラや色ムラが発生し，均一な表示を得こ
とが非常に困難である． 一方，厚いセルで高い白黒性を得る方法として，上下基
板のラビング方向にねじることで，強誘電性液晶分子が
セル厚み方向にねじれた構造を安定化し、電界ゼロにお
けるねじれ構造での旋光効果により明状態を，電界印加
時の一様状態で暗状態を表示する方法が提案されている
（特開昭６２−５０７３５号）． この方法では旋光効果による表示を行うために、屈折率
異方性Δｎとセル厚ｄの積Δｎ−ｄを十分大きくする必
要があるが，上述のゲストーホストモードの場合と同じ
理由によりセル厚はあまり厚くはできない，そのために
、複屈折効果がでてしまい白黒性やコントラストの低下
が生じる．また，旋光効果を利用するために，２枚の偏
光板の変光軸は一般には直交していないため、暗状態で
の光もれが生じ，コントラスト低下を招く。

以上のように従来技術では，製造が容易でなおかつ均一
な表示状態が得られる厚いセル（３μｍ以上）において
、高コントラスト比と高い白黒性が両立させることがで
きなかった。

本発明の目的は，厚いセル（３μｍ以上）において，高
コントラスト比と高い白黒性を両立させた強誘電性液晶
光変調素子及び液晶光変調装置を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 本発明の目的は，以下に説明する発明によって達成でき
る。

第１の発明は，電極を有し少なくとも一方が透明である
一対の基板をスペーサを介して形成したセルと、 該セル内に封入された強誘電性液晶層と、前記セルの液
晶層の両側に配置された２枚の偏光板とを有し， 前記液晶と前記基板との一方における液晶分子が他方の
界面における液晶分子よりも弱く固定されている液晶光
変調素子であって、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に前記
弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じる
程度に固定されており、該自発分却の反転により一方の
界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行な
状態（ａ）と，互いに交差する状態（ｂ）のいずれかを
取り得、かつ挾持している２枚の偏光板を上記（ａ）状
態が上記（ｂ）状態より光の透過率が低くなるように配
置したことを特徴とする液晶光変調素子に関する．第２
の発明は、電極を有し少なくとも一方が透明である一対
の基板をスペーサを介させて対向して形成したセルと， 該セル内に封入された強誘電性液晶層と、前記セルの液
晶層の両側に配置された２枚の偏光板とを有し、 前記電極を介して前記液晶層に所定の電界を所定の画素
に印加する手段とを有し、 前記液品層と前記基板との一方の界面における液晶分子
が他方の界面における液晶分子よりも基板に対し弱く固
定されている液晶光変調装置であって， 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
の界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行
な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
を取り得，偏光板は上記（ａ）状態が上記（ｂ）状態よ
り光の透過率が低くなるように配置されていることを特
徴とする液晶光変調装置に関する． 第３図は本発明による液晶光変調装置の構或を示す斜視
図であり、強誘電性液晶層１０を，＠極１３，１３’　
を有する透明基板２０．２０’の間に挟む．基板２０．
２０’の間にはスペーサ（図示せず）を介在させ，かつ
、基板の周囲にはシール（図示せず）を形成して液晶層
を外界から遮断する． 基板および液晶層の界面には上下で適当な差異をつけ，
配向処理をしてある．液晶層１０，ＩＥ極１３，１３’
および基板２０．２０’　によって構成されたセルを上
下から挟むように偏光板９，９′を配置する。なお，こ
の図と異なる偏光板が基板の内側にある配置も考えうる
．偏光板の偏光軸１１．１１’　は互いに直交するよう
に配置される。

電極１３．１３’に対しては、所定の画素に対し所定の
シーケンスで電圧が印加されるように駆動回路１４．１
４’が接続される．図において、電極はマトリクス電極
であり、その電極によって構成される画素に対し，所定
のシーケンスで電圧が印加される． 次に第１図により本発明の原理を説明する．図は液晶素
子内部の上下基板間の液晶分子の自発分極の方向の分布
を示す模式図である． 図においてベクトル２は分子長軸方向のベクトルを基板
間に挟持された液晶層に平行な面に射影したベクトル（
Ｃ−ダイレクタ）であり、ベクトル３はベクトル２に直
交する自発分極の方向を表わす． 本発明においては，液晶分子は一方の界面５において弱
く固定され，他方の界面６においては、より強く固定さ
れている． 第１図（ａ）は，界面５の分子配向方向と、界面６の分
子配向の方向がほぼ等しい場合を示す．この場合上下基
板間の液晶分子の配向方向は一様となる． 第１図（ｂ）または（ａ）は、液晶層に一定振幅を持ち
、極性が（ａ）の場合とは逆の電界が印加されると、界
面５においてより弱く固定されている譲晶分子の自発分
極は反転し．界面６において強く固定されている液晶分
子の自発分極は元のままである． 本発明においては，強誘電性液晶組成物を，一方の基板
上で分子が固定され、他方の基板上で分子がスイッチン
グするように界面処理をしたセル中に充てんし、上下界
面上での液晶分子が互いに平行，或いはほぼ平行になる
状態で暗状態となるように、２枚の偏光板を液晶層の両
側にセットすることで得られる．この時、より望ましい
偏光板の配置は、２枚の偏光板が互いに直角でなおかつ
一方の偏光板の偏光軸と、固定界面に於ける分子長軸方
向とが平行か直角のいずれかに設定した状態である．こ
こで、固定界面とは例えばポリイミド系高分子のような
配向制御膜を塗布しラビングなどのような一軸配向処理
をしたものをいう．白黒性を良好にするには基板に垂直
に伝幡し，波長λの光に関する上記強誘電性液晶組戒物
の２種の屈折率ｎｅｔ　ｎｏの差で定義される屈折率異
方性をΔｎ，セルギャップをｄとした時のバラメータｄ
・Δｎ／λが，光変調素子として使用する波長領域にお
いて、 ０．２５＜ｄ−Δｎ／λ＜０．７　５ となるようにセルギャップｄを設定すれば良い．ここで
、ｎｅは光の進行方向と分子長軸との威す角度によりそ
の値が変わり、直交するときに最も大きくなりｎ〃と等
しくなる． また、光の進行方向と分子長軸との成す角度がゼロ，即
ち、平行になると最低の値をとりｎ上と等しくなり、Δ
ｎはゼロとなる． 例えば、表示素子のような可視光領域の光変調素子にお
いては，この波長領域は、０．４５μｍ〜０．６０μｍ
と考えれば十分である．また、より厚いセルでコントラ
スト比および白黒性を良好にするには、液晶の自発分極
をＰｓ　，弾性定数をＢｚ，液晶分子長軸に直交する方
向の誘電率をε⊥、セルギャップをｄとするとき となるように、５材料の選定並びにセルギャップを設定
すれば良い． 次に、上述の弾性定数Ｂ２の定義及び測定方法について
述べる． 従来，多くの場合弾性定数は，ネマチツク液晶からの類
推によりダイレクタ（分子長軸方向を表わす単位ベクト
ル）の変形に対して定義したものを用いて種々の理論が
展開されていた．弾性定数としてはダイレクタのスプレ
イ，ツイスト，ベンドの変形に対して定義した３種が扱
われ，多くの場合Ｋｔ，Ｋｚ＋　Ｋａで表わされている
．しかしながら、この定義では層構造の存在が無視され
ると共に、それぞれの変形を独立に発生させることが不
可能で、かつ，測定手段がない。それに対し、層構造の
存在及びチルト角一定で種々のスイッチングが起こると
いう実験事実に基づき，本発明ではダイレクタの層面へ
の斜影であるＣ−ダイレクタの変形で定義した弾性定数
を扱い、上述の場合と同様にスプレイ，ツイスト，ベン
ドに対しそれぞれＢ２＃　Ｂａ，Ｂ１で表わす，　Ｂ１
，　Ｂｚは層内での変形に対する固さを表わし．Ｂａは
層間で発生する変形に対する固さを表わすことになり、
物理的な意味が明確になる．更に．　Ｂｉ．　Ｂａはい
ずれもひとつの層内で発生する変形に関するもので、お
互いに関連しておりほとんど同じ値である．従って，材
料定数としてはＢｚ（＝Ｂｔ）とＢ３の２つを求めれば
十分である． このうちＢ８は垂直配向（層は基板に平行）したセル中
で層に平行に直流電界を印加した時の，コノスコープ像
の中心軸のズレ角βの測定から求めればよい．変形が十
分に小さい場合には，弾性定数８８とβの間には、次式
の関係が成立する．ここで，Ｐｓは自発分極，Ｅは印加
電界，　Ｑｏはら旋ピッチ，θは傾き角を表わす， Ｐｓはソーヤ，タワ法により，ｋｏは偏光顕微鏡による
直接ａｍにより、そしてθは液晶に正，負の直流電圧を
印加しつつ直交二コル間にセルを置いた時の消光位の測
定から求められる．なお、α０が顕微鏡の分解能の１μ
ｍよりも短い場合は，垂直配置セルの透過スペクトルか
ら得られる特性反射波長を平均屈折率の１．６で割って
求めればよい。

一方、Ｂ２平行配向（層は基板にほぼ垂直）したくさび
形セル中で、ら旋が消失し始める臨界セル厚ｄａを測定
し，上記の方法で求めたＢ２．の値とから次式により求
められる． Ｂｚ＝４（ｄ　ｃ／　ｎｏ）”　Ｂｇ また、上述の誘電率ε上は、キャパシタンスブリッジ装
［　（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ社製，１６
２１型）を用い、平行配向処理した強誘電性液晶セルの
静電容量Ｃを測定して，次式により求めた，εｉ＝ｃ上
／　Ｃ　ａ 尚、ここでＧｏは液晶を封入する前の空素子に於で測定
した静電容量である．また，ε土測定の際の印加電圧は
，液晶分子の平行状態を乱さないよう十分に低い０．Ｉ
Ｖ　　という値に設定し，波形は２０ｋＨｚ正弦波とし
た． 〔作用〕 まず，本発明の構或要件である強誘電性液晶を用い、上
下基板の配向制御能に差異をつけ，液晶分子を一方で強
く固定し、他方で弱く固定することの作用について説明
する． 強誘電性液晶を、一方の基板に例えばポリイミドのよう
な配向膜を設け、ラビング等により液晶分子に一軸配向
制御をする処理を行い界面上で分子を強く固定し、もう
一方の基板では例えば先のような処理をまったく行わな
い等により配向制御力を弱めた基板を設け、このセルを
前者の基板での配向方向が安定となるような電界等を印
加しつつ徐冷してＳｃ串相とすると、徐冷時に得られた
ようなラビング方向に平行な配向がより安定化し，逆極
性電界を印加した時に得られる配向は相対的に不安定と
なる． この２つの配向の安定度の違いは、上下基板の配向制御
能の差異のつけ方により制御できる．この上下基板の配
向制御能の差異を適当に制御すると，無電界時には徐冷
時の配向状態のみが安定に実現し，逆極性を印加した時
に得られる配向は不安定となり，逆極性を印加した後，
電界を除去すると、両基板上で分極ベクトルの方向がほ
ぼ逆となったスプレイ状態に遷移する．このようなスプ
レイ状態はセル厚が厚いほど生じやすく安定である．こ
のセルでは、配向制御と電界等印加による規制下での徐
冷、Ｓｃ傘相形成によりラビング方向にほぼ一様な配向
状態の安定度が高くなり，また，セルを厚くすることに
よりスブレイ状態の安定度も高くなる． 以上のような作用により第１図に示すようなラビング方
向のほぼ一様な配向状態（ａ）とスブレイ状態（ｂ）あ
るいは（Ｑ）の２つの状態が安定な強誘電性液晶素子が
得られる． 尚、本発明の効果をより上げるためには、液晶セル内で
，基板にほぼ垂直で，ほぼ平面な層構造を実現し得る、
例えばＳ＾をとらない相系列を持つ液晶材料などを用い
ればよい． 次にこの液晶素子にｔｒｉを介して所定の電界を印加す
る手段をもちいることの作用について説明する． 上記のようにして得られた強誘電性液晶素子に，弱く固
定された側の界面上の液晶分子の自発分極のみが反転し
，強く固定された側の界面上では液晶分子が自発分極が
反転しないような電界を電極を介して加えることにより
片側界面でのみスイッチング（液晶分子の自発分極の反
転）を生じさせることができる．このように片側界面で
のみスイッチングさせることにより，第１図に示すよう
なラビング方向のほぼ一様な配向状１ｍ（ａ）とスプレ
イ状ｊｌｌ　（ｂ）あるいは（Ｃ）の２つの状態のどち
らかを選択できる強誘電性液晶素子が得られる．次に厚
いセルでのコントラスト比と白黒性の両方が、パラメー
タ　（ｐｓｄ）”／ε上Ｂｚを大きくし、偏光軸が交差
する２枚の差光板によりコントラストを付与することに
より改善される理由について説明する． 前能の構成要件を達成する手段を用いることにより．分
子長軸がラビング方向にほぼ一様、平行に配向した状態
と，スプレイ状態とが安定な強誘電性液晶素子が得られ
る． 後者のスブレイ状層において，電気的結合によるトルク
と弾性トルクの比を表わすパラメータ（Ｐｓｄ）’／ε
上Ｂｚを大きくすると自発分極のつくる分極電場効果に
より第２図のようにセル中央部付近に方位角がπ／２で
一様となる領域（７と８によって囲まれた領域）が生じ
、その全体に占める割合が大きくなる．第２図はセル厚
方向の変化のみ考えた液晶の連続体理論より得られたセ
ル厚方向の方位角の分布である． この結果よりセル厚全体の６０％以上で方位角がほぼ寓
／２となるためには とすれば良いことが判る。ただし，イオン性不純物など
による分極電場効果の相殺がある場合は，それらを見込
んだ上記パラメータの実効値を考える必要がある． 上の条件が成り立つ場合，スプレイ状態は方位角π／２
（あるいはーπ／２）のほぼ一様状態と考えられる．こ
の本発明のセルと、従来の方位角０とπの２つのほぼ一
様状態．即ち液晶分子が界面に平行な２つの状態が安定
となっているセルの双方について偏光軸が交差する２枚
の偏光板を用いてコントラストを付与した場合のコント
ラスト比と白黒性について比較する． まずコントラスト比については，本発明のセルにおいて
は，従来セルの２倍の傾き角４５゜で最大コントラスト
が得られる点が異なるのを除けば、原理的に同じ複屈折
性による表示と考えられ，傾き角の大きな（例えば４５
゜）液晶材料を用いることにより従来の複屈折モードと
同程度の高い例えば１０以上のコントラスト比が得られ
る。

次に白黒性については第３図のように交差する２枚の偏
光板９．９′を用いてコントラストを付与する場合、白
黒表示の条件として、屈折率異方性Δｎとセル厚ｄの積
、 Δｎ−ｄ”０．２８μｍ が知られている．これは、人間の目の感度が最も良い波
長０．５６μｍの光において，液晶内での２種の光線（
常光線，異常光１）間の位相差ｓｄ・Δｎ／λがπ／２
となる条件である。従来のメモリ一素子では、液晶分子
長軸とが平行な２状態で表示を行っていた為、複屈折異
方性Δｎの値は液晶分子長軸方向に振動する光に対する
屈折率ｎ〃と垂直方向の屈折率ｎ上の差そのものに等し
く、この値は一般的に０．１０−０．２０程度である．
より厚いセルで白黒表示を実現するには，ｎ／／−ｎｉ
がより低い値をとる材料を用いれば良いが、この値を下
げるには限界があり、せいぜい０．１０程度までしか下
げられない．従って、セル厚としては２．８μｍ程度が
上限となる。

本発明では２種の安定状態のうちで暗い表示をする場合
は光の伝幡方向と液晶分子とのなす角が直角，即ち液晶
分子と界面とが平行であるのに対し，明るい表示をする
場合は界面から傾き．異常光線の屈折率ｎｅ（θｔ）は
より常光線の屈折率ｎｏ（＝ｎ１）に近づき、次式で示
されるように見かけの複屈折は傾いた分だけ小さくなる
。

Δｎ＝：ｎｅ（θｔ）−ｎｏ ｎ／／ｎ上 （ｎ／／”ｓｉｎ”θｔ　＋　ｎ　↓”ｃｏｓ”θｔ）
ｌ／４尚．ここでθ，は液晶分子長軸と界面とがなす角
度を表わし，次式のように，＃４き角θと方位角φで記
述できる． θｃ＝ｓｉｎ’（ｓｉｎθｓｉｎφ） 本発明ではφ＝　ｘ　／　２でθ，＝θ　，従来方法で
はφ＝Ｏまたはπでθｃ＝Ｏである． 次に、液晶分子が界面から傾くことで、どの程度までセ
ルが厚くできるかを第４図により説明する．第４図は、
セル界面近傍の変形した部分の体積が，セル中央部の方
位角がπ／２で一様である領域の体積に比べ十分に小さ
く無視できるものとして，白黒表示の最適セルギャップ
をｎ上が１．５の場合について計算したものである．傾
き角θを大きくする程、そして液晶材料の屈折率異方性
ｎ／／−ｎ土を小さくする程白黒表示に適したセルギャ
ップが厚くなる．θを大きくすることによる最適セルギ
ャップの増大は本発明の効果であり、θ＝４５°の液晶
材料を用いると、従来方式に比べて２倍以上も増大化が
可能である．例えばｎｉが１．５．ｎｔｔ−ｎｌが０．
１０でθ＝４５１の液晶材料を用いると最適ギャップは
約５．９μｍとなり、製造がより容易となる．また，セ
ルギャップが変動しても，色変化があまりなく、色ムラ
もほとんど発生しなくなる． 本発明は以上で述べた表示素子のような可視光の光変調
素子に限らず，紫外光や赤外先の光変調素子としても有
効であり、いずれの素子においても、広い波長領域に対
して光透過率変動が少なく、また、．セルギャップの変
動に対しても光透過率の変動が少ない特性が得られる。

素子の使用波長領域内において、すべての波長の光の透
過率が最大値の５０％を越えるようにするには、 ０．２５＜ｄ−Δｎ／λ＜０．７　５ となるようにセルギャップなどを設定すれば良い．以上
のような作用により本発明では厚い（３μｍ以上）セル
において高コントラストと高い白黒性の両立が可能とな
る． 〔実施例〕 実施例１ 酸化インジウム系透明電極を設けた２枚のガラス基板の
うち一方の基板上に、ホリイミド系配向制御膜（ＰＩＱ
ワニス，日立化成工業（株）！！）をスビンコートし，
こ，れを加熱硬化した後にラビング処理した．溝尻光学
所製エリプソメータで膜厚を測定したところ、約１００
λであった。２枚の基板間隔が３．２μｍとなるように
ガラスファイバー粉末をスペーサとして、液晶セルを組
み立て、下記の液晶組或物を真空封入した。

上記組或物の相系列を示すと次の通りである。

尚、この組成物の室温に於ける傾き角は３２゜自発分極
は４　１　ｎ　Ｃ／ｃｄ．弾性定数８２は０．８×１０
”Ｎｌ屈折率異方性ｎ／／−ｎｌは，波長０．０６μｍ
の単色光に対して０．１６０，０．４５μｍの単色光に
対して０．１５８　であった．また、ε上は５．０　で
あった．本組成物を上記セルに真空封入した後に、一旦
６１℃以上まで加熱した後，直流電圧２０Ｖを印加しな
がら、０．５℃／分程度の速度で室温まで徐冷した．次
に，２枚の偏光板間にこの素子を挟み、一方の偏光板を
ラビング方向にほぼ平行（傾き角の温度変化分である約
１０”ずらした）にセットし，他方の偏光板を一方の偏
向板にほぼ直角にセットした．こうして出来た素子に、
幅が２ｍ３、波高値が４０Ｖで，徐冷した時と同一極性
のパルス電圧を印加した後に、電圧無印加の状態で光透
過率を測定した．０．４５μ鵬，０．５５μｍ，０．６
０μｍの３色の単色光源を用いて測定したが，いずれに
於でも５％以下であった，次に、極性のみが逆である同
様のパルスを印加したところ、ラビング処理しない界面
に於でのみ分子の自発分極が反転した． 同様に電圧無印加の状態で、波長０．４０μｍ〜０．７
０μ′ｍの範囲で光透過率を測定したところ，０．６０
μｍ付近で最大値をとり、０．４５ｐｍ，０．５５μｍ
　，０．６０μｍ　　の光に対してはそれぞれ７３％．
８７％，１００％となり，コントラスト比として１０以
上の値を得た．また，タングステンランプによる白色光
源で目視したところ、十分に白い色が観察された． 実施例２ 実施例１と同様の構成で，電極構造のみ第５図（ａ）に
示すような３Ｘ３のマトリクス状をなす素子に、第５図
（ｂ）に示すような電圧波形を印加した．ここで、まず
初期化期間内１７に於で、全画素の状態を一様にし、走
査期間１８に於で各走査電極Ｖ　Ｘ　ｌ　？　Ｖ　ｘ　
２＋　Ｖ　ｘ　＋８のそれぞれごとに時間を割当てて，
−ラインごとに信号電ｆ＠　Ｖ　ｖ　ｔ　，　Ｖ　ｖ　
ｚ　＋Ｖｙａからの信号情報の乗った波形との差電圧に
より、順次書き込んでゆく．第５図に示した駆動波形の
例ではスイッチングさせる際の電圧をＶｏとし、他のラ
イン上を書き込んでいる時にかかるパルス電圧をＶｏ／
３　　となるように設定した。ここで、Ｖｏというパル
ス電圧はその印加により、弱く固定した界面上の分子の
みが反転し、より強く固定した界面上での分子は反転し
ないような値である１５ボルトに設定した．その結果，
各画素に於で白黒の表示ができた． 比較例ｌ 実施例１と同様の構成で，界面処理のみ上下同一とした
．ただし、ＰＩＱワニスの濃度を１／１０とし、極めて
薄い膜とした．この素子に於では明るい状態での光透過
率の波長依存性が大きく，約０．４０μｍの波長の光で
最大値．０．５１μｍ付近で最小値をとり，最大値の５
％以下となった。

タングステンランプによる白色光源で目視したところ紫
色の色がＳｔ＊された． 実施例３ 実施例１と同じ構Ｉｊ．（ただし，セル厚は３．６μｍ
）のセル中に，下記液晶組或物を真空封入レた． 上記組成物の相系列を示すと次の通りである。

尚，この組成物の室温に於ける傾き角は４２゜自発分極
は３５ｎＣ／ａＪ，弾性定数Ｂｚは１．ＯＸ１０−１’
Ｎ，屈折率異方性ｎ〃　ｎｔは、波長０．６０ｐｍの単
色光に対して０．１３０，０．４５μｍの単色光に対し
て０．１　７　５　であった．また、ε土は５．２であ
った．本組成物を上記セルに真空封入した後に，一旦３
７℃以上まで加熱した後、直流電圧２０Ｖを印加しなが
ら、０．５℃／分程度の速度で室温まで徐冷した。上述
の組成物に於では傾き角の温度変化がほとんどなく４°
以下であるため，一方の偏光板とラビング方向とのなす
角はほぼ平行にセットし，他方の偏光板はそれに対しほ
ぼ直角にセットした．こうして出来た素子に，徐冷した
時と同一極性のＩＯＶの直流電圧を印加した状態で光透
過率を測定した．０．４５μｍ，０．５５μｍ，０．６
０μｍの３色の単色光源を用いて測定したが、いずれに
於でも５％以下であった．次に、上下電極を短絡させて
印加電圧をゼロとしたところ，ラビング処理しない界面
に於でのみ分子の自発分極が反転し、第１図（ｂ）或い
は（ｃ）に示されるようなスブレイ状態が安定に得られ
た．その時の光透過率を波長０．４０μｍ〜０．７０μ
ｍの範囲で測定したところ、０．４５μｍ付近で最大値
をとり、０．４５μｍ，０．５５μｍ，０．６０μｍの
光に対してはそれぞれ１００％，８９％，７８％となり
、コントラスト比として１０以上の値を得た．また，タ
ングステンランプによる白色光源で目視したところ，十
分に白い色が観察された． 比較例２ 実施例３と同様の構成，処理条件のセルを用い，ただし
、偏光板の配置のみを上下電極を短絡させたスブレイ状
態（第１図（ｂ）或いは（Ｃ））に於で透過率が最小と
なるように配置した．即ち，一方の偏光板をラビング方
向からほぼチルト角と等しい４２１ずらして配置し，他
方の偏光板をそれにほぼ直角とした．この時、光透過率
は波長０．４０μｍ−０．７０μｍの範囲で１０％〜１
５％となった． 次に，除冷した時と同一極性のＩＯＶの直流電圧を印加
した状態で，波長が０．４０μｍ　−０．７０μｍの範
囲で光透過率を測定したところ、０．４２μｍ付近で最
大値をとり，波長が長くなるに従い透過率が低下し．０
．５５μｍ付近に於て極小（４％）となり、さらに波長
が長くなるに従い上昇し、０．７０μｍに於で６４％と
なった。タングステンランプによる白色光源で目視した
ところ紫色がａ察された． 実施例４ 酸化インジウム系透明電極を設けた２枚のガラス基板の
うち一方の基板上に、ポリビニルアルコール系配向制御
膜を水溶液状態でスピンコートし，これを加熱硬化した
後にラビング処理した．触針式膜厚計で膜厚を測定した
ところ、約１０００人であった．２枚の基板間隔が３．
０μｍとなるようにガラスファイバー粉末をスペーサと
して、液晶セルを組み立て、下記液晶組成物を真空封入
した． 上記組或物の相系列を示すと次の通りである．尚、この
組成物の８０℃に於ける傾き角は３０゜自発分極は３５
ｎＣ／ａＪ，弾性定数Ｂｉは０．８ＸＩＯ″″”Ｎ．　
ＩＡ折率異方性ｎ／／　−　ｎｕは，波長０．６０ｐｍ
の単色光に対して０．１５０、０．４５μｍの単色光に
対して０．１８０　であった．またε上は４．８であっ
た．本組成物を上記セルに封入する際には、等方相とな
る温度に加熱する。その後０．５℃／分程度の速度で測
定温度の８０℃まで徐冷した．この際，上述の組成物に
於ではＳ＾相を有するために、Ｎ＊相からＳＡ相に転移
する過程で一様な相構造が形成されるため，実施例１，
実施例３の場合のような直流電圧の印加を行わなかった
． このようにして出来たセル中に於て，強誘電性液晶分子
が形成する層構造は基板面に垂直ではなく、上下にほぼ
対称な“くの字”に曲がった構造をとっており，本発明
の効果である高コントラスト比を得ることは出来ない．
本発明の効果を十分に引き出すには、上述の層が基板面
にほぼ垂直であることが望ましい．そこで、本実施例で
はＳ＾相を経由した為に生じた層変形を、±６０Ｖの交
流矩形波に直流５ｖを重畳した波形を約１０分間印加す
ることにより矯正した．次に、一方の偏光板をラビング
方向とほぼ平行にセットし，他方の偏光板はそれに対し
ほぼ直角にセットした．こうして出来た素子に、層変形
を矯正する際に印加した直流電圧と同一極性の１０ｖの
直流電圧を印加した状態で光透過率を測定した．０．４
５μｍ，０．５５μｍ，０．６０μｍの３色の単色光源
を用いて測定したが、いずれに於でも５％以下であった
。次に、上下電極を短絡させて印加電圧をゼロとしたと
ころ、ラビング処理しない界面に於てのみ分子の自発分
極が反転し，第１図（ｂ）或いは（ｃ）に示されるよう
なスプレイ状態が安定に得られた．その時の光透過率を
波長０．４０μｍ〜０．７０μｍの範囲で測定したとこ
ろ，０．５０μｍ付近で最大値をとり．０．４５μｍ，
０．５５μｍ，０．６０μｍの光に対してはそれぞれ９
５％，９２％，８２％となり，コントラスト比として１
０以上の値を得た．また、ダングステンランプによる白
色光源で目視したことろ、十分に白い色がｗ４察された
． 〔発明の効果〕 本発明によれば、３μｍ以上の厚いセルに於で，高コン
トラスト比と高い白黒性とを両立させることが可能とな
る．これにより，液晶光変調素子の表示品質を高めるこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶光変調素子の液晶分子及び自発分
極の配向状態を説明する模式図、第２図は物性値と変形
状態の関係を示すグラフ，第３図は本発明の素子構造を
示す斜視図、第４図は傾き角，屈折率異方性と最適セル
厚の関係を示すグラフ、第５図（ａ）はマトリクス構造
図、第５図（ｂ）はその駆動波形を示すグラフである．
１・・・ガラス基板、２・・・波晶分子長軸方向を表す
ベクトルを基板間に扶持された液晶層に平行な面八の射
影を示すベクトル（Ｃ−ダイレクタ）、３・・・自発分
極、４・・・Ｃ−ダイレクタの方位角，５・・・自由界
面，６・・・固定界面、９・・・偏光板、１０・・・液
晶セル、１１・・・偏光板の偏光軸、１２・・・ラビン
グ方向，１３・・・マトリクス電極、１４・・・駆動回
路，１５・・・本発明方法の最適セル厚，１６・・・従
来方法の最適セル厚、１７・・・初期化期間，１８・・
・走査期第　１　図 （Ｃ） 第２図 ７１’ｌ！テＥｌ　（ＸＪ　ｆｉｔ　（Ｘｄ−ノ第４図 圧」汀キ異方・庄 ｎ．，−ｎ上 １４′ 弟３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極を有し少なくとも一方が透明である一対の基板
   をスペーサを介して対向させ形成したセルと、 該セル内に封入された強誘電性液晶層と、 前記セルの液晶層の両側に配置された２枚の偏光板とを
   有し、 前記液晶層と前記基板との一方の界面における液晶分子
   が他方の界面における液晶分子よりも基板に対し弱く固
   定されている液晶光変調素子であつて、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
   記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
   る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
   の界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行
   な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
   を取り得、前記偏光板は上記（ａ）状態が上記（ｂ）状
   態より光の透過率が低くなるように配置されたことを特
   徴とする液晶光変調素子。 ２、電極を有し少なくとも一方が透明である一対の基板
   をスペーサを介して対向させ形成したセルと、 該セル内に封入された強誘電性液晶層と、 前記セルの液晶層の両側に配置された２枚の偏光板と 前記電極を介して前記液晶層に所定の電界を所定の画素
   に印加する手段とを有し、 前記液晶層と前記基板との一方の界面における液晶分子
   が他方の界面における液晶分子よりも基板に対し弱く固
   定されている液晶光変調装置であつて、 前記電極を介して前記液晶層に電界を印加した際に、前
   記弱く固定されている液晶分子に自発分極の反転が生じ
   る程度に固定されており、該自発分極の反転により一方
   の界面と他方の界面の液晶分子の配向が互いにほぼ平行
   な状態（ａ）と、互いに交差する状態（ｂ）のいずれか
   を取り得、前記偏光板は上記（ａ）状態が上記（ｂ）状
   態より光の透過率が低くなるように配置されていること
   を特徴とする液晶光変調装置。 ３、請求項第２項において、電極がマトリクス電極であ
   り、前記光の透過率が低い状態から高い状態にスイッチ
   ングする際の印加電圧を、より弱く分子を固定した方の
   界面上での分子の自発分極が反転する電圧よりも高く、
   より強く分子を固定した方の界面上での分子が反転する
   しきい値電圧よりも低い電圧を選択された画素に与える
   手段を有することを特徴とする液晶光変調装置。 ４、請求項第２項において、前記基板に垂直に伝幡し、
   波長λの光に対する上記強誘電性液晶の２種の屈折率ｎ
   ｅ、ｎｏの差で定義される屈折率異方性をΔｎ、セルギ
   ャップをｄとした時のパラメータｄ・Δｎ／λが、光変
   調素子として使用する波長領域において、 ０．２５＜ｄ・Δｎ／λ＜０．７５ となるセルギャップを有することを特徴とする液晶光変
   調装置。 ５、請求項第３項または第４項において、前記波長領域
   が、 ０．４５μｍ≦λ≦０．６０μｍ であることを特徴とする液晶光変調装置。 ６、請求項第２項ないし第４項のいずれかにおいて、液
   晶の自発分極をＰ＿３、弾性定数をＢ＿２、液晶分子長
   軸に直交する方向の誘電率をε⊥、セルギャップをｄと
   するとき （Ｐｓｄ）＾２／ε⊥Ｂ＾２＞３．０×１０＾２という
   条件を満たすようにしたことを特徴とする液晶光変調装
   置。 ７、請求項第２項ないし第６項のいずれかにおいて、２
   枚の偏光板の偏光軸が互いにほぼ直交していることを特
   徴とする液晶光変調装置。 ８、請求項第２項ないし第７項のいずれかにおいて、２
   枚の偏光板を光透過率がより低くなるように設定した状
   態での２つの界面のいずれかにおける液晶分子長軸の平
   均の方向が、該２枚の偏光板のうちいずれか一方の偏光
   板を通過した光の電気ベクトルとほぼ平行或いはほぼ直
   角となるように設定したことを特徴とする液晶光変調装
   置。 ９、請求項第２項ないし第８項のいずれかにおいて、基
   板の少なくとも一方が一軸配向処理した液晶配向制御膜
   が形成されていることを特徴とする液晶光変調装置。